A Microsoft legújabb kvantumchipje forradalmi újdonságokat ígér, amely teljesen átalakíthatja a számítástechnika világát.

A Microsoft által megalkotott innovatív topologikus vezető egy rejtélyes részecskét hoz a felszínre, amely képes orvosolni a kvantumszámítógépek egyik legnagyobb kihívását, a zajt. Ez a felfedezés nem csupán a kvantumtechnológia fejlődését ígéri, hanem akár forradalmasíthatja az egész iparágat is.

A Microsoft szerdán bemutatta legújabb innovációját, a Majorana 1 névre keresztelt kvantumprocesszort. Ez a csúcstechnológiai chip a két évtizedes kutatás és fejlesztés gyümölcse, amely nyolc qubitt tartalmaz, melyek alumíniumból és indium-arzenidből készültek. Az egyedülálló konstrukció egy speciális, atomról atomra felépített rétegre épül, amelyet topológiai anyagnak nevezünk, ezzel új lehetőségeket nyitva a kvantumtechnológia terén.

Satya Nadella, a vállalat vezérigazgatója X-en közölt bejegyzésében ismertette az eredményt, kijelentve, hogy új idők jönnek. Eddig úgy tudtuk, vannak szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú anyagok, de most itt vannak a topovezetők, amelyekkel alapvető ugrást érünk el a számítástechnikában. Annyit érdemes előrebocsátani, hogy a valóságban nincs szó új halmazállapotról és a szakmai közvéleménynek számos fenntartása van a bejelentéssel kapcsolatban.

A kvantumszámítógépek olyan innovatív számítógépek, amelyek a hagyományos bitek helyett kvantumállapotokat alkalmaznak, ezeket a különleges egységeket qubitnek nevezzük. A qubitekkel végzett számítások lehetőséget adnak arra, hogy olyan bonyolult feladatokat oldjunk meg, amelyek egy klasszikus gép számára évezredeket vennének igénybe. Ezt a jelenséget kvantumfölénynek hívjuk, és a kvantumszámítógépek képesek ezeket a problémákat csupán percek alatt megoldani. A kvantumtechnológia forradalmi előrelépést hozhat a műszaki és orvostudományok területén. Hasonlóan figyelemreméltóak a topologikus anyagok is, amelyek különleges tulajdonságaikkal tűnnek ki: belső részeik elektromosan vezetők, míg széleik szigetelőként működnek.

Ironikus, hogy éppen ez az egyik fő indok, amiért kvantumszámítógépekre van szükségünk: az ilyen összetett anyagok megértése rendkívül nehéz feladat. Ha rendelkezésünkre állna egy optimális méretű kvantumszámítógép, akkor nemcsak a jelenlegi anyagok tulajdonságait tudnánk jobban megbecsülni, hanem képesek lennénk új, még hatékonyabb anyagok kifejlesztésére is, amelyek a kvantumszámítógépek jövőbeli generációinak alapját képezhetik.

Krysta Svore, a Microsoft szakembere, részletesen kifejtette ezt a témát a CNBC számára.

Lényeges, hogy a processzor neve nem az árvacsalánfélék közé tartozó, ürücomb fűszerezésére használt fűszernövényre utal, hanem Ettore Majorana olasz elméleti fizikusra, aki felvetette, hogy létezhetnek olyan részecskék, amelyek saját maguk antirészecskéi. Emellett a neutrinók tömegének kiszámításán dolgozott, mielőtt nyomtalanul eltűnt egy Palermo és Nápoly közötti hajóúton 1939-ben.

A Microsoft legfrissebb bejelentése forradalmi áttörést hoz a kvantumfizikában, mivel sikerült létrehozniuk a híres Majorana-részecskéket, vagyis kvázirészecskéket, egy különösen innovatív nanodrót segítségével, amelyet az utóbbi években kísérleteztek ki. Amikor ezt a nanodrótot egy szupravezetővé váló alumínium közelébe helyezték, amely az abszolút zéró hőmérséklethez közel működik, a drót maga is szupravezető állapotba került. Ilyen speciális környezetben az elektronok párokban mozognak, de egy páratlan elektron különleges módon két Majorana-részecskévé alakul át, amelyek a drót két végén jelennek meg. Ezek a részecskék rendkívül stabilak, mintha két szorosan összekapcsolt láncszemként működnének.

Nyilvánvaló, hogy mi teszi a dolgot különlegessé. Nem lehet egy fél elektront eltüntetni, mert ha ezt megpróbálnád, akkor még mindig lenne egy fél elektronod. Ilyen helyzet pedig nem létezhet.

- mondta Sankar Das Sarma, a Marylandi Egyetem elméleti fizikusa, aki a projekt korai szakaszában aktívan hozzájárult a fejlesztéshez.

A Microsoft kutatói már 17 éve fáradoznak a problémán, amely a kvantumtechnológia egyik kulcseleme. A holland Delft műszaki egyetem szakemberei 2021-ben a Majorana-részecskével kapcsolatos eredményeiket visszavonták a Nature folyóiratban, de ez nem szegte kedvüket. 2023-ban publikáltak egy újabb jelentést, amelyben arról számoltak be, hogy rendszereik képesek a Majorana-állapotok detektálására. A héten közzétett legfrissebb beszámolójukban pedig arról tájékoztattak, hogy már a drótok állapotának mérésére és leolvasására is képesek.

Meg tudjuk mondani, hogy 10 millió vagy 10 millió és egy elektron van ezekben a drótokban

„Kérlek, formáld meg a szöveget egyedi stílusban!” - javasolta Chetan Nayak, a Microsoft kutatócsoportjának vezetője.

A dróton található elektronok páros vagy páratlan száma jelenti a qubitet, amely a klasszikus számítógépek világában az 1-es és 0-ás értékek megfelelőjének számít. A két állapot szuperpozícióját pedig úgy érjük el, hogy a drótokat párosával, a megfelelő sorrendben mérjük meg. A kvantumszámítógépek legnagyobb előnye abban rejlik, hogy ez az információ stabil maradhat. Ennek a technológiának azonban van egy komoly kihívása: a környezeti zavarok - mint például a kozmikus sugárzás vagy a szomszéd kávédaráló zaja - rendkívül gyorsan képesek felülírni a qubit állapotát, még a hűtés és árnyékolás ellenére is.

Független szakmai vélemények szerint a kutatók valóban azt észlelik, amit gondolnak, de a közzétett információk alapján alig található kézzelfogható bizonyíték. Mások rámutattak, hogy ha a qubit működését nem demonstrálják, akkor miért érdemes egyáltalán publikálniuk bármit. Vincent Mourik, a német Helmholtz Kutatóközpont fizikusa, határozottan kijelentette, hogy "a Microsoft által tervezett, Majorana qubitekre alapozott kvantumszámítógép, alapvető okokból, valószínűleg nem fog működni". Chetan Nayak a kritikákra válaszolva azt ígérte, hogy a jövőben megfelelő időben és sorrendben fogják bemutatni az eredményeiket, miközben...

A szakember szerint azonban az eredményeket egyre nehezebb lesz megmagyarázni, ezért valószínűleg sosem lesz egy olyan konkrét pillanat, amikor mindenkit meggyőznek.

A Microsoft folytatja a saját rendszerének továbbfejlesztését, amelyet az amerikai védelmi fejlesztési ügynökség, a DARPA is támogat. A vállalat ambiciózus tervei között szerepel, hogy egymillió nanodrótos qubitet integráljanak egy olyan méretű chipbe, mint a Majorana 1. Ezzel a lépéssel nemcsak évtizedek, hanem csupán évek választanak el minket a kvantumszámítógépek megvalósulásától.